化工原理传热习题

1、化工原理（上册）,化工原理,4. 传热 4.1 传热及基本方程 热的传递自然界、技术领域 温差存在的地方 热流方向 高温 低温工业： 强化 削弱 方式：热传导（导热）：连续存在温度差 静止物质 无宏观位移 介质：金属-自由电子 不良导体与液体-分子动量传气体-分子不规则运动对流传热：质点发生相对位移，流体中，多指流体到壁面， 自然对流（温差） 强制对流（外力）辐射传热：电磁波在空间的传递 不需介质 互相照得见能量形式转变 热能辐射能热能,分类：稳定传热-温度不随时间变化/不稳定传热-温度随时间变化 传热速率： W J/s 单位时间内通过。

2、第五章 传热,5.1 概述,在设计时进行合理的优化设计使其在满足工艺要求的条件下投资费用最小；在操作中进行强化传热操作过程，进行最优化操作，对节省传热设备投资，节省能源有着重要的意义。,5.1 概述,5.1.1 传热过程的分类 5.1.1.1 根据冷热两种流体的接触方式 （1）直接接触式传热（混合式传热）,（2）间壁式（间接接触式）传热,套管换热器中的换热,5.1.1.1 根据冷热两种流体的接触方式, 热量由热流体靠对流传热传给金属壁的一侧（对流给热）； 热量自管壁一侧以热传导的形式传至另一侧（导热）； 热量以对流传热的方式从壁面的另一侧传。

3、2019/5/8,第四章 传热,一、对流传热的分析 二、壁面和流体的对流传热速率,第三节 对流传热,2019/5/8,对流传热过程分析,对流传热，指流体与固体壁面直接接触时的传热， 是流体的对流与导热两者共同作用的结果。其传 热速率与流动状况有密切关系。,2019/5/8,由于对流传热的多样性，有必要将问题分类加以研究。,2019/5/8,一、对流传热的分析,流体沿固体 壁面的流动,滞流内层,缓冲层,湍流主体,流体分层运动，相邻层间没有流体的宏观运动。在垂直于流动方向上不存在热对流，该方向上的热传递仅为流体的热传导。该层中温度差较大，即温度梯度较。

4、工业上遇到的对流传热常指间壁式换热器中两侧流体与固体壁面之间的热交换，即流体将热量传给固体壁面或者壁面将热量传给流体的过程称之为对流传热（或称对流给热）。,第三节 对流传热,一、对流传热过程分析,二、 牛顿冷却定律,式中 Q 对流传热速率，W； 对流传热系数，W/(m2)； t 对流传热温度差，； A 传热面积，m2。,有效膜厚度,三、影响对流传热系数的因素,1.引起流动的原因 自然。

5、第四章,传 热,4.1 概述,传热在化工生产中的应用 1.传热的三类应用实例 （1）强化传热过程：流体的升温或冷却，产品的分离(蒸 发，蒸馏和干燥等)。 （2）削弱传热过程：管道，设备的保温或保冷。 （3）热能回收利用：废热回收,2. 伴随传热的流体作用过程：(1)化学过程：吸放热反应；(2)物理过程：耗能，干燥，蒸发等3. 传热在化工生产中的重要性： 石化产业：传热设备重量占总设备规模的30-40%； 传热设备投资占总设备投资的10-20%,4.1.1 传热的基本方式,1.热力学第二定律： 当无外加功时，系统中热量总是自发地从温度较高的物体（部分）传。

6、使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备,定义,应用,它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种通用设备,投资比重,轻工企业，约占总投资的10%20%； 化工石化，约占总投资的35%40%。,工业使用,使流体温度达到工艺流程规定的指标， 以满足工艺流程上的需要。 换热设备也是回收利用余热、废热特别是低 位热能的有效装置。,过程设备设计,第七节 传热设备换热器是工业生产中重要的单元操作设备之一。类型很多，特点不一，可根据生产工艺要求进行选择。依据传热原理和实现热交换的方法，换热。

7、传 热,第一节 概述,一、传热过程在化工生产中的应用,加热或冷却 换热/能量回用 保温,强化传热过程削弱传热过程,能量回收：节能减排、资源回用！ 同时，是化工厂提高经济效益的一个重要措施！ 余热资源被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的又一常规能源。,例如：钢铁行业烟气余热回收对比,余热没有回收,热交换器进行余热回收,二、传热的三种基本方式,1、热传导 热量从物体内温度较高的部分传递到温度较低的部分，或传递到与之接触的另一物体的过程称为热传导，又称导热。 特点：没有物质的宏观位移,气体 分子做不规则热运动时相互碰撞的。

8、第四章 传热 Heat transportation,第一节 概述(Introduction)化工生产中温度是控制反应过程的重要条件，除了温度控制手段和方法外，研究温度变化规律与传热过程非常关键。 本章主要讨论热传导、辐射、对流传热过程的原理、传热速率及其影响因素，传热过程计算以及换热器的选用和强化传热过程的途径。,一、传热的基本方式,1. 热传导 热量从高温物体传向低温物体或从物体内部高温部分向低温部分传递。 特点：物体各部分不发生相对位移。 2. 对流有温差的流体(或内部)作宏观移动和混合，将热量从高温物体传向低温物体的现象，称对流传热。 特。

9、第4章 传 热,4.1 概述 4.1.1 传热在化工生产中的应用,1）加热或冷却，使物料达到指定的温度； 2）通过换热，回收利用热量； 3）保温，以减少热损失。,1,4.1.2 传热的基本方式,热传导： 固体的主要传热方式,分子无规则热运动.,对流： 流体主要传热方式流动中，流体质点相互碰撞，传热。传热速率与流动状态密切相关。,辐射： 物体发射电磁波，在红外、可见光范围内具有热效应。不需传播介质，两物体不需接触。,4.1.3 稳态传热和非稳态传热稳态传热：各点温度分布不随时间而改变非稳态传热：各点温度随位置和时间而变,2,4.2.1 基本概念和傅立。

10、【例】 有一列管式换热器，由38根25mm2.5mm的无缝钢管组成。苯在管内流动，由20被加热至80，苯的流量为8.32kg/s。外壳中通入水蒸气进行加热。试求管壁对苯的传热系数。当苯的流量提高一倍，传热系数有何变化。 解：苯在平均温度,W/（m2）,以上计算表明本题的流动情况符合式4-32的实验条件，故,若忽略定性温度的变化，当苯的流量增加一倍时，给热系数为,【例】 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为89mm3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80冷却到50。冷却水在环隙从15升到35。苯的对流传热系数h=230W/（m2K），水的对流传热系数c=290W/。

11、化工原理化工原理习题及答案第五章 传热 姓名_班级_学号_成绩_一、填空题：1.（6 分） 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为 500, 而环境温度为 20, 采用某隔热材料,其厚度为 240mm,=0.57w.m.K, 此时单位面积的热损失为_。(注:大型容器可视为平壁)*答案* 1140w2.（6 分） 某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为 500, 而环境温度为 20, 采用某隔热材料,其厚度为 120mm, =0.25w.m.K, 此时单位面积的热损失为_。(注:大型容器可视为平壁)*答案* 1000w3.（6 分） 某大型化工容器的外层包上隔。

12、习 题1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖 1=1.3W/（mK ） 、绝热层2=0.18W/（mK）及普通砖 3=0.93W/（mK）三层组成。炉膛壁内壁温度 1100oC，普通砖层厚 12cm，其外表面温度为 50 oC。通过炉壁的热损失为 1200W/m2，绝热材料的耐热温度为 900 oC。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。已知： 1=1.3W/mK， 2=0.18W/mK， 3=0.93W/mK，T 11100 oC，T 2900 oC，T 450 oC， 12cm，q1200W/m 2，Rc03求： ？ ？12解： q 1mT2.0193.2又 3243423Tq WKmqT/579.0.10592342 得： 87.5.022习题 1 附图 习题。

13、 传热 一、填空题：1. 工业上冷热流体间的传热方式有_、_、_。答案：间壁式 蓄热式 直接混合式2. 热量传递的方式主要有三种: _、_、_。答案：热传导 热对流 热辐射3. 传导传热的傅立叶定律表达式为_，其符号各代表_,_ 和_。 答案：Q/At/,Q/ 表示单位时间传递的热量,表示温度向降低方向传递,A 表示传热面积, 表示导然系数和t/ 表示温度梯度。 4. 影响给热系数 的因素有_。 答案：流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸 5. 由多层等厚度平壁构成的传热壁面, 若某层所用材料的导热系数越大，则该壁面的热阻就越 _,其两侧。

14、1一、选择题1、关于传热系数 K，下述说法中错误的是（ ）A、传热过程中总传热系数 K 实际是个平均值；B、总传热系数 K 随着所取的传热面不同而异；C、总传热系数 K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D、要提高 K 值，应从降低最大热阻着手；C2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ） ，走壳程的有（ ） 。A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体；D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体；A、C、D；B、E、F3、影响对流传热系数的因素有( )。A、产生对流的原因；B、流体的流动状况；C、流体的物性。

15、,热传导 热对流 传热过程计算 热辐射 换热设备,传 热,热量传递的三种基本方式,分析室内热量传给室外的热传递过程 (1)室内内墙:对流换热,热辐射 (2)内墙外墙:导热 (3)外墙大气:对流换热,热辐射 三种热量传递方式:导热,对流和热辐射,1. 导热(热传导)conduction heat transfer,(1)定义: 物体各部分之间不发生相对位移时,依靠分子,原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递. (2)特征: a. 物体间无相对位移; b.物体间必须相互接触; b.没有能量形式的转化.,2. 热对流(convection heat transfer),(1)热对流: 流体的各部分之间由于相对宏。

16、第四章 传 热,传热 过程在化工中的应用,传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程，通常来说有温度差的 存在就有热的传递，也就是说温差的存在是实现传热的 前提条件或者说是推动力，在化工中很多过程都直接或间接的与传热有关。但是进行传热的 目的不外乎是以下三种： 1.加热或冷却 2.换热 3.保温 可见，传热过程是普遍存在的。,第一节：概述,传热的三种基本方式,一个物系或一个设备只要存在温度差就会发生热量传递，当没有外功加入时，热量 就总是会自动地从高温物体传递到低温物体。根据传热的机理不同，热传递有三种基本方式：。

17、1,第4章 传热,2,主要内容,4.1 概述4.2 热传导4.3 对流传热概述4.4 对流传热系数关联式4.5 传热过程计算4.6 辐射传热4.7 换热器,3,基本要求,了解热传导基本原理，掌握傅立叶定律及平壁、圆筒壁的热传导计算； 了解对流传热的基本原理、牛顿冷却定律及影响对流传热的因素；掌握对流传热系数的物理意义和经验关联式的用法、使用条件及注意事项； 了解辐射传热的基本概念及基本定律； 熟练掌握传热过程的计算，传热基本方程式、热流量、平均传热温度差、总传热系数的计算；了解强化传热过程的途径； 了解工业生产中常用的换热器类型、结构、特。

18、传热习题课,传热的主要计算公式,一、热传导,1.导热基本方程-傅立叶定律,2.平壁的稳定热传导,3.圆筒壁的稳定热传导,二、对流给热,1.对流传热基本方程式-牛顿冷却定律,3.流体在圆形直管中作强制对流,（1）强制湍流时：,对粘度高或温差较大的液体：,（2）过度流时：,（3）强制层流时：,4.流体在管外强制对流,5.膜状冷凝的给热系数,（1）蒸汽在垂直管外或垂直平板侧的冷凝,（2）蒸汽在水平管外冷凝,三、热辐射,两个灰体间的辐射传热速率:,e黑度 A黑体面积 C0黑体辐射系数,斯蒂芬-波尔茨曼定律（四次方定律）,四、间壁两侧流体的热交换,1、总传。

19、习题课,传热过程计算与换热器,习题课,习题课,解：,逆流时：,(以外表面为基准),并流时： Q、t2、K与逆流时相同,(以外表面为基准),结论：在相同条件下，,习题课,【例2】有一台现成的卧式列管冷却器，想把它改作氨冷凝器，让氨蒸汽走管间，其质量流量950kg/h，冷凝温度为40，冷凝传热系数h1=7000KW/m2K。冷却水走管内，其进、出口温度分别为32和36，污垢及管壁热阻取为0.0009 m2K/W（以外表面计）。试校核该换热器传热面积是否够用。列管式换热器基本尺寸如下：换热管规格 252.5mm管长 l=4m 管程数 m=4总管数 N=272根 外壳直径 D=700mm 附：。

20、6-18 热气体在套管加热器内用冷水冷却，内管为25mm2.5mm钢管，热导率为45W/(m K)。冷水在管内湍流流动，给热系数 1=2000W/(m2 K)。热气在环隙中湍流流动， 2=50W/(m2 K)。不计污垢热阻，试求： （1）管壁热阻占总热阻的百分数； （2）管内冷水流速提高一倍，总传热系数有何变化？,6-24 某列管换热器由多根25mm2.5mm的钢管所组成，将苯由20加热到55，苯在管中流动，其流量为15t/h,流速为0.5m/s。加热剂为130的饱和蒸汽，在管外冷凝。苯的比热容cP=1.76kJ/(kg )，密度为858kg/m3。已知加热器的传热系数为700W/(m2 )，试求： 加热器所需的管。